1. Otpor broda

fms.tivat.me

1. Otpor broda

Dobro došli u svijetbrodova i jahti2


Tema br.4. – OTPOR I PROPULZIJABRODANastavna pitanja:1. Otpor broda2.2. Snaga pogonskog uređaja, , interakcija trupa ipropelera3. Propeler3.3


Literatura:1 Dr Andrija Lompar, Nauka o brodu, , UniverzitetCrne Gore, Kotor, 2002. Str.121-1591592 Pomorska enciklopedija,4


1. Otpor broda• Da bi se brod kretao kroz vodu (i vazduh)neophodno je savladati silu otpora koja se tomkretanju opire.• Prva istraživanja ivanja otpora broda vezana su zatraženje odgovora na pitanje: koliku snagu trebada ima pogonski stroj da bi se brod kretaoodređenom brzinom.• Poznavanje sile otpora R obezbjeđuje iizračunavanje efektivne snage potrebne zakretanja broda nekom brzinom v.5


= R . v (kW)PE RTEngleski naučniknik- Froude koji je 1874 - te godine izniosvoju teorije o otporu broda.Teorija se zasnivala na dimenzionoj analizi ieksperimentalnim mjerenjima koja je u prvovrijeme vršio na ravnim pločama..Ukupni otpor broda R T se sastojao od otpora trenja R F iotpora talasa R W6


Zbog značaja aja koji ovi eksperimenti imaju, vodećiautoriteti u ovoj oblasti su specijalizovane organizacijekoje se bave eksperimentalnim mjerenjima i koje suudružene u međunarodnu asocijaciju poznatu ko ITTC(International Tank Towing Conference).Tradicionalno otpor se dijeli na:- otpor čiji je uzrok viskoznost fluida u kojemse brod kreće e i na- otpor čiji je uzrok vezan za rasporedepritisaka u fluidu.8


Klasifikacija otpora broda9


Raspored otpora na trupu broda10


1.1 Otpor trenja RTOtpor trenja broda može e biti povezan sa trenjempodvodnog dijela broda koji se kreće e kroz vodu i otporomnadvodnog dijela broda koji se krece kroz vazduh.Prilikom kretanja kroz vodu između površine trupabroda i vode dolazi do reletivnog kretanja, pri čemu sepojavljuju i tangencijalne (u pravcu kretanja broda isuprotnom smjeru), sile otpora, koje su srazmjernepritisku vode na trup i koeficijentu trenja između oplatetrupa i vode.Kretanje broda uzrokuje da se slojevi vode u njegovojblizini kreću u u istom pravcu kao i brod.11


Priroda otpora trenja broda12


Otpor trenja broda jeste u stvari sila koja se troši i nasavladavanje ovih malih tangencijalnih sila čitavompovršinom oplate broda i unutrašnjegnjeg - trenja u"uznemirenoj“ vodi u okoliniDanas se Frcode-ova ova formula vrlo rijetko korisli.Umjesto nje se za određivanje koeficijenta otporetrenja c F koriste preciznije formule kao što su naprimjer:• ITTC 1957 formula• Schoencher-ova ova formula• Prandtl – Schlichting-ova formula• Huges – Prohaskina formula, itd.Sve prethodne formule za izračunavanje otporatrenja daju približno iste rezutrare13


Strujanje vode oko brodske oplate zavisi od:- oblika broda,- finoće e njegovih linija,- hrapavosti površine oplate,- karekteristika vode u kojoj se kreće e i- brzine broda,voda ako brodske oplate može e strujati laminarno iturbulentno.14


Kod pojave turbulentnog strujanja otpor trenjaće e biti, znatno veći.Kod brodova, najčešče e se turbulentnostpojavljuje neposredno iza pramca broda i ublizini krme.Za trgovačke brodove se pretpostavlja da imajupribližno istu podjelu između laminarnog iturbulentnog strujanja.Problem se pojavljuje u vezi sa razlikomhrapavosti oplate u fazi eksploatacije, sobzirom da je realna oplata uvijek hrapavijaod one na ispitivanom modelu16


Hrapavost oplale može-biti:- strukturna (uslijed deformacije limova oplate),- korozivna (uslijed neravnina na oplati nastalimkorozionim ošteotećenjima) enjima) i- obrastanjem (uslijed algi, školjki i drugihorganizama koji se na oplati nastanjuju).Jasno je da je stepen hrapavosti u pojedinim slučajevima teškokvantifikovati17


Otpor trenja broda predstavlja veoma značajnuajnukomponentu ukupnog otporu koja se kreće e i do90% ukupnog otpora kod sporih brodova kaošto su tankeri, brodovi za rasuti teret.Kod brzih brodova kao šo o su putnički ilikontejnerski brodovi, ovaj procenat je znatnomanji i može e se kretati oko 40% ukupnogotpora.18


1.2 Froude-ov ov zakon sličnostina bazi dobijenih rezultata otpora talasa za model on jemogao donijeti zaključke ke u vezi sa otporom talasabroda. U tu svrhu on se poslužio zakonom sličnosti.Ukoliko dva tijela (brod i model) imajuslične geometrijske oblike i napredujuistim odnosom koji se naziva Froude-ovovbroj, onda su njihovi preostali otporiproporcionalni kubu dužina.19


Za uspostavljanjem veze rezultatadobijenih ispitivanjem modela i onihkoji se odnose na brod neophodno jepostići:i:- geometrijsku sličnost broda imodela,- kinematsku sličnost i- dinamičku sličnost.20


Dinamička sličnostpodrazumijeva sličnostizmeđu seta sila na brodu i na modelu:inercijalnih, hidrodinamičkih sila, težine iposebno otpora trenja.Iz prethodnih uslova vidi se da postoji vezu izmađukinematskih viskoznosti tečnosti i odnosa dužinabroda i modela.21


1.3 Preostali otpor R RPreostali otpor se definiše e kao razlika ukupnogotpora i otpora trenja R R = R T – R F osnovnekomponente preostalog otpora su:- otpor talasa Rw,- otpor viskoznog pritiska Rvp i- otpor vrtloženja ili eddy otpor R E .Kao poseban oblik preostalog otpora pojavljuje se iotpor vazduha.22


Otpor viskoznog pritiska ili kako se često naziva i otporoblika nastaje iz činjenice da je uslijed različitosti itosti oblikatijela (broda) različita ita i brzina strujanja medija oko tijelaHidrodinamičnim nim oblikom brodskog trupa ovaj se otpor znatnosmanjuje23


Otpor vrtloženjaenja, , odnosno eddy-ijev otpor odnosi se nastvaranje vrtložnog kretanja vode iza broda zbog toga štooblik podvodnog dijela krme nije u porpunosti prilagođenstrujnicama vode24


Najveći i dio preostalog otpora čini otpor talasa Rw.U prvom redu talasi nastaju kao posledica nejednolike brzinetečnosti oko broda. Brzina vode koja struji oko broda manjaje na premcu i na krmi, a veća a u sredini broda.25


S obzirom na činjenicu da se talasi stvaraju na pramcu,sredini i krmi broda i da njihova talasna dužina zavisi odkvadrata brzine broda i dužine broda, jasno je da može,doći i do njihove interference, odnosno superponiranja.Ovo se manifestuje na način da se na krivoj otporapojavljujuu grbe iIi "udubljenja".Otpor talasa može e se u jednom dijelu smanjiti promjenomoblika pramca na način da se brodu doda istureni dio kojise zove "bulb"bulb“.Uloga bulba je da stvori dodatni talas koji sa pramčanimanimtalasom interferira.27


Uticaj bulba na pramčane ane talase28


Otpor broda sa i bez bulba29


Ako se primijeni Froude-ov ov zakon sličnostinosti, , onda semogu dobijeni rezultati mjerenja na manjimplovilima u bazenima (modeli), primjeniti i na većetj. prave brodove.30


Određivanje otpora broda preko Froudeovogzakona sličnosti34


Pored naprijed pomenutih komponenti otporabroda, u realnosti se pojavljuju još neke:• otpor dodataka na brodskom trupu odnosi se na ljuljnukobilicu, kormilo, skegove, stabilizatorska peraja i drugeizdanke. Može e biti od 0.5% do 10% od ukupnog otpora.• otpor prskanja odnosi se na, stvaranje vodenog sprejaoko vodne linije broda prilikom kretanja. Ovaj otpor jekod najvećeg eg dijela brodova koji se kreću u komercijalnimbrzinama zanemarljiv.• otpor vazduha se odnosi na otpor nadvodnog djelatrupa broda pri kretanju i obuhvata i otpor trenja iotpor pritiska zbog viskoznosti. Otpor vazduhn zavisI odlateralne površine broda izložene vazduhu iproporcicnalan je guslini vazduha i brzini na kvadrat.35


1.4 Izračunavanje otpora brodaRanije je rečeno eno da je nauka o otporima broda započelaeksperimentalnim bazenskim mjerenjima.I danas se ova nauka zasniva na bazenskim ispitivanjimasistematizovanih serija modela.Tih bazena ima više e u svijetu, a najpoznatiji su Wageningen,Goeteborg, Osaka, itd.Podatci koji se dobiju bazenskim ispitivanjima prikupljajuse i koriste se za procjenu novih brodova.36


1.5 Otpor broda u plitkoj vodi ikanalima37


2. Snaga poganskog uređaja iinterakcija trupa i propelera38


Da bi se energija proizvedena u poganskom uređejuna brodu transformisala u porivnu silu, , nophodno jeda na brodu postoji propulzor.U ranim fazama primjene parne mašine na brodu jekao propulzor upotrebljavan, točak, koji je kasnijezamjenjen propelerom, prvenstveno zbog većegegstepena korisnosti koji propeler ima u odnosu natočak.39


Otpor koji se dobija proračunom ne razlikuje se odstvavrnog kod trgovačkih deplasmanskih brodova.40


Na bazi izračunatog otpora broda, može e seizračunati i snaga koja je neophodno zasavlađivanje ukupnog otpora.Ova snaga se naziva efektlvna snaga i obilježava sesa P E .Ona predstavlja energiju u jedinici vremena koju jeneophodno uležiti u "guranje" ili "vuču", u", odnosnoporiv broda da bi se on kretao brzinom v.P E = R T . v (kW)Međutim u pogonskom uređaju je neophodno proizvestiznatno veću u snagu, budući i da se jedan dio nje izgubi prijenego se pretvori u efektivnu.41


Porivna snaga koju propeler daje za kretanjebroda može e se predstaviti kao T - porivna silakoju stvara propeler.Neophodno je da porivna sila T - koja je uzrokkretanju broda, bude veću u od otpora broda zagubitke koji nastaju uslijed interakcije trupa ipropelera odnosno za efekat te interakcije.Ova interakcija ima nekoliko elemenata.42


Prvi elemenat ove interakcije - zajedno sa brodskimtijelom koje se kreće e brzinom v, , putuje pi određenakoličina ina vode u okolini njegove krme i to brzinom v w jeprouzrokovane viskoznošću u tečnosti u kojoj se brodkreće e i koju brod "vuče" za sobom.Pored ovog, krmeni talas stvara i orbitalno kretanje vodeu blizini krme, što takođe utiče e na brzinu vode.43


Ovaj efekat kretanja vode u blizini krme brodaodređenom brzinom se naziva sustrujanje [wake] injegova konačna posledica jeste da propeler u vodi usvojoj okolini napreduje brzinom v a , koja je jednakarazlici brzina broda i vode koja putuje za brodom.Ova se brzina naziva brzina napredovanja propelera.44


Na brzinu napredovanja propelera utiče e i koeficijensustrujanja W koji utiče e na izračunavanje snage kojupropeler treba da preda. Veličina ina ovog koeficijenta se možedobiti proračunski i eksperimentalno, gdije se mora uzeti uobzir i koeficient punoće e brodske forme.Efekat ovog faktora na sami propeler je pozitivan s obziromda je snaga koja se pretvara u poriva da je v amanje od v.P T = T . v a ,45


Isto tako svojim radom usisavajući i vodu koja se nalazi isprednjega, a neposredno iza krme broda, propeler smanjujepritisak iza brodskog tijela, povećavajuavajući i na taj način razlikupritisaka ispred i iza brodskog korita, odnosno "vukući"korito broda nazad i povećavajuavajući i na taj način otpor broda.Drugi faktor; ; ovaj fenomen naziva se smanjenje poriva i možese posmatrati kroz povećanje porivne sile koja je neophodnaza svaladavanje ovog otpora ΔR T = t . T.Gdje je t faktor smanjenja poriva t = T - R T / TTreći i faktor koji se odnosi na činjenicu da je propelersmješten neposredno iza korita i da mu dotok vode nijekonstantan niti dolazi pod pravim uglom u odnosu napovršinu diska propelera, već ima određenu rotaciju.46


Stepen korisnosti propelera dobija se na bazi eksperimentalnihmerenja na slobodnom propeleru. Kod dobro izabranih propelerana trgovačkim brodovima kreće e se od 0.45 do 0.7.Stepen korisnoati osovinskog voda krće e se od 0.97 do 0.98 zabrodove bez reduktora, za brodove sa reduktorom on je manjiizbog gubitaka na reduktoru (2 – 4%).U praksi se kod izbora pogonskog uređaja uvjek ide naobezbjeđenje rezervne snage, , kod dizel motora to je približno15%.47


3. PropelerPropeler je patentiran u Engleskoj četrdesetihgodima devetnajestog vijeka, ali je pokušaja njegoveprimjene bilo i ranije.48


Danas se na brodovima susreće e veći i broj različitihitihvrsta propelera:- propeler Voith-SchnaiderSchnaider-ov.- propeler sa zakošenin krilima,- mlazni prepeler,- propeler sa sapnicom,- tandem propeler, itd49


Glavni djelovi propelera54


Korak PropeleraKorak propelera predstavlja put koji vrh krila pređe usmjeru kretanja broda za vrjeme od jednog okretajapropelera. Da nema proklizavanja propelera (slip(ili skliz)prilikom kretanja kroz vodu, kretanje bi bilo kao što jeprikazano na slici.Korak propelera se još nazivu i ugao nagiba krila propelera, jer zavisiod nagiha krila propelera u odnosu na osu kretanja broda.55


Kavitacija propeleraKretanje vode u blizini krila propelera (zbograzličitih itih oblika površina), odvija se kroz procesvelikih promjena brzina, pritisaka.U skladu sa Bernulijevom jednačinom, rast brzineuzrokuje povećanje pritiska i obrnuto.U slučajevima kada pritisaksak u vodi padne ispododređenog pritiska, , dolazi do isparavanja čestica vode(eksplozije), odnosno, ukoliko opet naglo 'poraste do'kavitacionog pritiska: doći će e do kondenzacije česticavodene pare (implozije(implozije).Ova pojava poznata je kao kavitacija.56


Kavitacija u blizini površine krila propelerauzrokuje kavitacionu eroziju krila propelera.Mjehurić pare koji putuje od vodene ivice kavučenoj ivici po površini krila gdje je pritisak većiod kaviteclonog, naglo se kondezuje pri čemunastaje implozija sa lokalnim usisnim - silama napovršini krila propelera i do 3000 kN/cm 2 .Ova sila ošteotećuje površinu krila stvarajućineravnine i udubljenja.57


STABILNI SLOJ Kav. MEJHURIČASTI SLOJ58


NASTAJANJE. VRTLOŽENJE59


OŠTEĆENJA ENJA LISTA PROPLELERA60


Superkavitirujući i propeleriDa bi se izbegao uticaj kavitacije ovi propeleri seprojektuju tako da se pojava kavitacija dešavaizvan površina lista propelera.Zato imaju zasječak ak na vrhu lista.61


Materijal za izrudu propeleraBrodski propeleri se najčešće e liju od bronze ilivenog gvožđa ili čelika.Propeleri od bronze najčešće e se liju od:- manganske bronze,- mangan-aluminijumske aluminijumske bronze i- nikal - aluminijumske bronze.Bronza obezbjeđuje dovoljnu čvrstoču u propeleru, ima velikuotpornost na površinska ošteotećenja enja i posebnim postupcimabrušenja i poliranja postiže e se minimalna hrapavost koja sedugo zadržava.ava.62


Skliz propelera i koeficijent napredovanjapropeleraKada bi se propeler ponašao ao kao vijak u matici, on bi zajedan okret prešao put od jednog svog koraka H. . To znači i dabi imao brzinu v T = H · w (m/s).Ova brzina naziva se teorijska brzina kretanja broda ipropelera.63


Međutim s obzirom da se propeler kreće e u fluidu on zavrijeme jednog okreta neće e preći i put l, , nego nešto manji puthp, , jer će e mu i brzina biti manja.Razlika između teorijske brzine i brzine broda naziva seprividni skliz, , dok dse razlike lzmeđu teorijske brzine i brzinenapredovanja propelera u vodi v A naziva stvarni skliz .64


Skliz i koeficijent napredovanja propelerapredstavljaju veličine ine koje u zbiru daju jedinicu,odnosno kad je skliz jednak nuli, koeficijentnapredovanja je 1 i obrnuto.Odnos između koeficijenta napredovanja i sklizaprikazan je formulom;65


Pitanja ?HVALA NA PAŽNJI66

More magazines by this user
Similar magazines